國產(chǎn)DW 1633 CTD 與美國Sea-Bird 911 CTD南海剖面溫度觀測(cè)比對(duì)分析研究

張若華，徐常三

（河海大學(xué) 自然資源部海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098）

海洋的溫度和鹽度是基礎(chǔ)的海洋觀測(cè)要素，能夠影響海洋中的動(dòng)力過程。例如，海洋溫鹽結(jié)構(gòu)能夠較為明顯地影響第一斜壓重力波相速度的地理分布[1]。另外，海洋溫鹽分布也能夠表征海洋熱力過程的結(jié)果。由于海水比熱容較大，相同的升溫幅度，海洋相比大氣和陸地能儲(chǔ)存更多的熱量。在溫室氣體導(dǎo)致的凈能量收入中，有90%以上都存儲(chǔ)在海洋中，使得海洋溫度上升。海洋熱含量的變化是全球氣候變化最為關(guān)鍵的指標(biāo)之一[2-3]。因此，提高海洋溫度、鹽度等觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)深入研究海洋動(dòng)力過程和熱力過程，以及全球氣候變化具有重要的意義。

目前對(duì)海洋溫鹽要素的觀測(cè)主要有浮標(biāo)觀測(cè)、潛標(biāo)觀測(cè)和傳統(tǒng)船載溫鹽深剖面儀（Conductivity-Temperature-Depth Profiler，CTD）觀測(cè)。其中，船載CTD 觀測(cè)是不可或缺的觀測(cè)方式之一，是對(duì)全球Argo 觀測(cè)系統(tǒng)的有效補(bǔ)充，在精細(xì)化區(qū)域海洋動(dòng)力過程研究中扮演著重要角色。船載CTD 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于海洋全水深溫鹽要素的觀測(cè)，同時(shí)還能針對(duì)定點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。此外，船載CTD 的傳感器精度和采樣率更高，可以對(duì)海水溫鹽隨深度變化的規(guī)律進(jìn)行精細(xì)刻畫。

從20 世紀(jì)60 年代開始，溫鹽深剖面儀開始廣泛運(yùn)用在海洋觀測(cè)調(diào)查中。在過去幾十年的發(fā)展過程中，美國、日本等國家先后開展了CTD 的研制，國際上先后涌現(xiàn)出不同品牌的CTD，美國的CTD 測(cè)量技術(shù)一直走在世界前列，著名的CTD 生產(chǎn)廠家有Falmouth 科學(xué)儀器有限公司（Falmouth Scientific，Inc.）、海鳥公司（Sea-Bird）[4]。日本主要使用自容式CTD 儀器，特點(diǎn)是體積小、重量輕與功耗低[5-6]。但是20 世紀(jì)80 年代以后，世界市場(chǎng)上美國的高精度CTD 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)明顯，幾乎沒有其他國家產(chǎn)品能夠與其競(jìng)爭(zhēng)。近年來，我國加大了自主研發(fā)海洋測(cè)量儀器設(shè)備的力度，CTD 測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速，相繼成功研制了船體固定式、拖曳式、拋棄式等多種CTD[5]。

對(duì)不同型號(hào)的CTD 進(jìn)行比測(cè)，國內(nèi)外都進(jìn)行過試驗(yàn)。20 世紀(jì)80 年代，挪威科學(xué)家GYTRE T[7]用新型微型溫鹽深剖面儀與Neil Brown 1223 系列產(chǎn)品進(jìn)行了同架比測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明兩款設(shè)備溫度的最大誤差為0.18 ℃，均方根誤差為0.02 ℃，可以用于科考調(diào)查。20 世紀(jì)90 年代，加拿大貝德福海洋研究所將MK3 和Sea-Bird 911 兩款產(chǎn)品進(jìn)行了比對(duì)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明兩款設(shè)備均到達(dá)了世界海洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)（WorldOceanCirculationExperiment，WOCE）計(jì)劃 的要求[8]。ALBERLOA C 等[9]、MIZUNO K[10]將XCTD 和CTD 進(jìn)行了比測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明兩款設(shè)備單個(gè)探頭之間的差異在0～1 000 m 深度范圍保持在±5 m 的誤差，XCTD 溫度的精度估計(jì)優(yōu)于0.05 ℃。瑞典科學(xué)家NYFFELER F 等[11]將Ocean Seven 320 CTD與Sea-Bird 911 Plus CTD 進(jìn)行了海上比測(cè)，認(rèn)為兩者性能接近。在國內(nèi)，有學(xué)者對(duì)CTD 37 Coastal、CTD 48 和CTD 304 Plus 三種設(shè)備進(jìn)行了時(shí)間跨度長達(dá)3 個(gè)月的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，結(jié)果表明，37 Coastal 壓力數(shù)據(jù)穩(wěn)定性表現(xiàn)最好；三者溫度數(shù)據(jù)穩(wěn)定性表現(xiàn)一致；而37 Coastal 鹽度數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和CTD48 一致[12]。雖然海上試驗(yàn)的目的和方法都略有不同，但是在進(jìn)行比較時(shí)，多數(shù)都采用均方根誤差和平均絕對(duì)誤差進(jìn)行比較。

開展國產(chǎn)CTD 和同類國外高精度CTD 對(duì)比工作是推動(dòng)國產(chǎn)設(shè)備優(yōu)化提高的重要手段。本文基于“嘉庚號(hào)”科考船2021 年夏初在南海北部獲取的水溫觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)國產(chǎn)DW 1633 CTD 的性能開展定量的對(duì)比分析，有利于促進(jìn)國產(chǎn)CTD 技術(shù)的完善與進(jìn)步，為我國海洋環(huán)境參數(shù)變化觀測(cè)設(shè)備的改進(jìn)和推廣提供數(shù)據(jù)支持。

1 儀器說明與數(shù)據(jù)來源

1.1 參與比對(duì)試驗(yàn)的CTD

進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)的CTD 為國產(chǎn)DW 1633 CTD，比對(duì)使用的標(biāo)準(zhǔn)CTD 為美國Sea-Bird 911 CTD。表1給出了DW 1633 CTD 和Sea-Bird 911 CTD 的溫度、壓力、電導(dǎo)率指標(biāo)參數(shù)，包括范圍、分辨率和精度。本次比測(cè)分析使用的是兩款CTD 設(shè)備所測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)。

表1 CTD 傳感器指標(biāo)參數(shù)表

1.2 海上比對(duì)試驗(yàn)

本次海上比對(duì)分析數(shù)據(jù)均取自于2021 年南海季風(fēng)綜合調(diào)查航次，該航次由“嘉庚號(hào)”科考船于2021 年5 月5 日至6 月9 日期間執(zhí)行。此次科學(xué)考察航次是以大氣、海洋和遙感觀測(cè)為主，兼顧海洋生物、化學(xué)和光學(xué)的綜合性科學(xué)考察。

南海海域的水深滿足比測(cè)試驗(yàn)要求，儀器在比測(cè)試驗(yàn)過程中不會(huì)觸底。安裝CTD 時(shí)，DW 1633 CTD和Sea-Bird 911 CTD 采用同架捆綁的方式固定在不銹鋼金屬框架內(nèi)。Sea-Bird 911 CTD 和DW 1633 CTD 底端對(duì)齊，盡可能讓所有CTD 的傳感器保持在同一水平面上?？蚣茼敳颗c科考船的鋼纜連接，通過鋼纜把整個(gè)不銹鋼金屬框架吊入海中進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)。兩款CTD 采樣頻率不同，Sea-Bird 911 CTD采樣頻率為10 Hz，DW 1633 CTD 采樣頻率為2 Hz。

2 數(shù)據(jù)處理方法

2.1 真值

真值為與給定的特定量的定義一致的值，它是一個(gè)理想的概念，從測(cè)量的角度講，真值不可能確切獲知[13]。本次比對(duì)試驗(yàn)是針對(duì)DW 1633 CTD 的溫度剖面數(shù)據(jù)開展檢驗(yàn)和驗(yàn)證，真值為客觀的南海溫度剖面數(shù)據(jù)。在實(shí)際比測(cè)中，需要采用約定真值來代替真值與DW 1633 CTD 進(jìn)行比對(duì)。Sea-Bird 911 CTD 是目前世界上最為先進(jìn)的水文調(diào)查儀器之一，該CTD 精度和穩(wěn)定性高，因此在本次比對(duì)中采用檢定好的Sea-Bird 911 CTD 作為標(biāo)準(zhǔn)CTD，約定該測(cè)量值為本次對(duì)比中的真值。

2.2 CTD 數(shù)據(jù)選取

2021 年南海季風(fēng)綜合調(diào)查航次站位很多，部分站位的水深不足1 000 m，無法滿足對(duì)CTD 儀器的深海溫度測(cè)量能力進(jìn)行比對(duì)的要求，此外不同站點(diǎn)的投放次數(shù)和投放深度都有所不同，考慮到選取數(shù)據(jù)的多樣性和代表性，本文選取了以下站點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)：①B01 站點(diǎn)的10 次測(cè)量數(shù)據(jù)，第一次與第三次投放深度為4 200 m，其余為針對(duì)生物地球化學(xué)研究采水過程投放的500 m 剖面；C01 站點(diǎn)的8 次測(cè)量數(shù)據(jù)，第一次投放深度為2 760 m，其余投放深度為500 m（原因同上）；B01 站點(diǎn)和C01 站點(diǎn)的數(shù)據(jù)滿足了試驗(yàn)對(duì)于測(cè)量時(shí)間多樣性的要求；②B02～B07 的測(cè)量數(shù)據(jù)，B02～B07 第一次投放深度均在4 000～4 200 m，B02、B04 第二次投放深度分別為500 m、200 m；B08 投放深度為3 500 m；C02～C09的測(cè)量數(shù)據(jù)，深度均在1 500～3 000 m。這些測(cè)量數(shù)據(jù)包括了深海和淺海的數(shù)據(jù)，既滿足了對(duì)CTD 淺海和溫躍層測(cè)量性能進(jìn)行考察的要求，也滿足了對(duì)深海測(cè)量性能考察的要求。具體投放站點(diǎn)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)和深度信息如表2 所示。

表2 投放站位經(jīng)緯度和深度信息表

2.3 CTD 數(shù)據(jù)修正

本次比對(duì)將感溫、上升剖面、下降剖面進(jìn)行分割，僅選取下降剖面的測(cè)量數(shù)據(jù)；由于海上比對(duì)中Sea-Bird 911 CTD 的測(cè)量頻率高于DW 1633 CTD，所以對(duì)于Sea-Bird 911 CTD，需選取與DW 1633 CTD 相同測(cè)量深度的溫度、鹽度數(shù)據(jù)，即使用深度（或壓力）作為對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)軸。處理后的測(cè)量數(shù)據(jù)是一一對(duì)應(yīng)的，可以直接對(duì)其進(jìn)行比對(duì)分析。

2.4 精度計(jì)算方法

本次比對(duì)分析過程選用相關(guān)系數(shù)R、均方根誤差RMSE、平均絕對(duì)誤差MAE 為主要參考指標(biāo)。相關(guān)系數(shù)可以反映變量之間相關(guān)關(guān)系的密切程度。相關(guān)系數(shù)是按積差方法計(jì)算，同樣以兩變量與各自平均值的離差為基礎(chǔ)，通過兩個(gè)離差相乘來反映兩變量之間相關(guān)程度。系數(shù)的取值總是在-1.0 到1.0之間，接近0 的變量被稱為無相關(guān)性，接近1 或者-1 被稱為具有強(qiáng)相關(guān)性。均方根誤差RMSE 是觀測(cè)值與真值偏差的平方和觀測(cè)次數(shù)n 比值的平方根，在實(shí)際測(cè)量中，觀測(cè)次數(shù)n 總是有限的，真值只能用最可信賴（最佳）值來代替。均方根誤差對(duì)一組測(cè)量中的特大或特小誤差反應(yīng)非常敏感，所以，均方根誤差能夠很好地反映出測(cè)量的精密度。平均絕對(duì)誤差MAE 是所有單個(gè)觀測(cè)值與算術(shù)平均值的偏差的絕對(duì)值的平均。與平均誤差相比，平均絕對(duì)誤差由于離差被絕對(duì)值化，不會(huì)出現(xiàn)正負(fù)相抵消的情況，因而，平均絕對(duì)誤差能更好地反映預(yù)測(cè)值誤差的實(shí)際情況，計(jì)算公式如下。

式中，R 為相關(guān)系數(shù)；RMSE 為均方根誤差；MAE 為平均絕對(duì)誤差；xi和yi分別為DW 1633 CTD和Sea-Bird 911 CTD 在同一深度處的測(cè)量值，其單位由測(cè)量的量決定；n 為觀測(cè)樣本個(gè)數(shù)。

3 結(jié)果討論

由于進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)的剖面深度達(dá)到了4 000 m，如果僅僅將分析停留在整體剖面，部分深度的細(xì)微差異會(huì)很不明顯，很難做出精確的比對(duì)分析。整體剖面的分析比對(duì)可以得到國產(chǎn)DW 1633 CTD 整體的各項(xiàng)測(cè)量誤差，同時(shí)可以對(duì)CTD 在深海和淺海測(cè)量表現(xiàn)進(jìn)行比對(duì)；淺海剖面的比對(duì)可以更好地分析CTD 在淺海測(cè)量的精準(zhǔn)度，尤其躍層附近的誤差大小更能體現(xiàn)CTD 的性能；深海剖面的比對(duì)可以更好地分析DW 1633 CTD 在深海測(cè)量上的穩(wěn)定性和精確度。因此，結(jié)果討論分為3 個(gè)部分：DW 1633 CTD 和Sea-Bird 911 CTD 整體剖面比對(duì)結(jié)果、淺海剖面比對(duì)結(jié)果和深海剖面比對(duì)結(jié)果的討論。

3.1 整體剖面的比對(duì)

圖1 是利用33 個(gè)觀測(cè)剖面的溫度、深度數(shù)據(jù)制作的溫度隨深度變化的剖面圖的集合。剖面幾乎完全吻合。但是通過對(duì)單個(gè)站點(diǎn)溫度隨深度變化的剖面觀測(cè)來看，在500 m 尤其是200 m 以上的深度，可以觀測(cè)到DW 1633 CTD 測(cè)得的同深度海水溫度略低于Sea-Bird 911 CTD 所測(cè)得的溫度。有以下幾點(diǎn)原因會(huì)導(dǎo)致絕對(duì)誤差在淺海區(qū)域更大：①淺海的溫度梯度相對(duì)更大。由于選定的標(biāo)準(zhǔn)軸為深度，壓力傳感器本身存在誤差，假定壓力傳感器在深海和淺海誤差差距不大，那么因?yàn)闇\海的溫度梯度更大，同樣的壓力誤差造成的溫度誤差必然是淺海會(huì)更大[14]；②淺海水文環(huán)境更復(fù)雜，導(dǎo)致兩款CTD 儀器測(cè)得的溫度誤差偏大。對(duì)比圖2（a）和圖2（b）剖面，兩款設(shè)備觀測(cè)的剖面均沒有明顯異常值，表明兩款CTD 的穩(wěn)定性在本次比測(cè)試驗(yàn)中都表現(xiàn)都較好。

圖1 兩款CTD 測(cè)得的溫度隨深度變化的剖面圖

圖2 兩款CTD 溫度—深度剖面的瀑布圖

表3 中選取了5 個(gè)代表剖面，剖面的平均絕對(duì)誤差在0.001～0.024 ℃，最大絕對(duì)誤差在0.150～0.424 ℃，均方根誤差在0.008～0.043 ℃，相關(guān)系數(shù)都是1?？梢钥闯?，DW 1633 CTD 在不同站點(diǎn)的各項(xiàng)誤差分布都比較接近，且各項(xiàng)誤差都較小。從表中平均絕對(duì)誤差和均方根誤差值可以明顯看出，測(cè)量深度較深時(shí)，除最大絕對(duì)誤差外各項(xiàng)誤差值都更小，也說明在測(cè)量中最大絕對(duì)誤差一般出現(xiàn)在淺海區(qū)域。將上述5 個(gè)代表剖面和所有觀測(cè)剖面集合的均方根誤差轉(zhuǎn)化為相對(duì)值，同樣可以看到當(dāng)剖面深度比較深時(shí)，均方根誤差相對(duì)值同樣較小。通過以上比對(duì)可以得出，在本次海上比測(cè)的整體剖面比對(duì)中，國產(chǎn)DW 1633 CTD 與Sea-Bird 911 CTD 的誤差較為接近，在深海區(qū)域誤差較小，在淺海區(qū)域誤差相對(duì)較大。

表3 站點(diǎn)整體剖面誤差

3.2 淺海剖面的比對(duì)

3.2.1 B 系列站點(diǎn)

對(duì)比圖3（a）和圖3（b），兩款CTD 設(shè)備所獲取的淺海溫度剖面的溫度整體分布和等值線拐點(diǎn)除了在50 m 以上存在部分不同，其余海域基本一致。但是從圖3（c）的溫度差可以明顯看出，淺海海域的溫度差可以分為兩個(gè)部分，0～100 m 和100～500 m深度范圍。在100～500 m，DW 1633 CTD 和Sea-Bird 911 CTD 的溫度誤差絕對(duì)值都保持在0～0.1 ℃之間，絕大多數(shù)海域低于0.05 ℃，表現(xiàn)很穩(wěn)定；而在0～100 m，DW 1633 CTD 所測(cè)得的溫度與Sea-Bird 911 CTD 所測(cè)得的溫度出現(xiàn)了較大差異，誤差最大的區(qū)域出現(xiàn)在B04、B05 站點(diǎn)附近、50 m 以上的海域，兩處的溫度絕對(duì)誤差最大超過了0.4 ℃。

圖3 B 系列站點(diǎn)0～500 m 剖面圖

根據(jù)表4 可以看出，均方根誤差最大為0.066℃，除B0101 和B0201 站點(diǎn)以外，其余站點(diǎn)均方根誤差大于或等于0.040 ℃。平均絕對(duì)誤差波動(dòng)較大，B0101 站點(diǎn)誤差最小，為0.015 ℃；B0501 站點(diǎn)誤差最大，誤差達(dá)到了0.052 ℃。均方根誤差相對(duì)值最大的站點(diǎn)是B0501 站點(diǎn)，誤差相對(duì)值為0.32%，8 個(gè)站點(diǎn)中B0401、B0501 和B0701 站點(diǎn)的均方根誤差相對(duì)值相較其他站點(diǎn)較大。溫躍層附近溫度測(cè)量的高精確度是CTD 性能的體現(xiàn)，B01～B08 站點(diǎn)的溫躍層深度都在25 m 以上范圍，在此深度范圍內(nèi)平均絕對(duì)誤差為0.039 ℃，均方根誤差為0.061 ℃，最大絕對(duì)誤差為0.314 ℃。

表4 B 站點(diǎn)淺海剖面誤差

3.2.2 C 系列站點(diǎn)

對(duì)比圖4（a）和圖4（b），溫度的整體分布較為一致，等值線拐點(diǎn)基本一致。從圖4（c）可以看出，C站點(diǎn)大部分剖面溫度誤差都在±0.05 ℃之間，誤差絕對(duì)值超過0.05 ℃的區(qū)域都在250 m 深度以上，250 m以下深度，DW 1633 CTD 與Sea-Bird 911 CTD的溫度誤差相對(duì)穩(wěn)定，穩(wěn)定在-0.05 ℃左右。誤差最大的區(qū)域出現(xiàn)在C0101 站點(diǎn)的50～100 m 深度范圍和C0901 站點(diǎn)的200 m 深度附近，誤差絕對(duì)值約0.2 ℃。與B 站點(diǎn)類似，C 站點(diǎn)的溫躍層都位于30 m深度以上，在溫躍層范圍內(nèi)，DW 1633 CTD 與Sea-Bird 911 CTD 測(cè)量結(jié)果的平均絕對(duì)誤差為0.033 ℃，平均均方根誤差為0.058℃，最大絕對(duì)誤差為0.162℃。

由圖4（c）可以看出，與B 站點(diǎn)不同，C 站點(diǎn)測(cè)得的溫度誤差存在大于0 ℃的區(qū)域，且平均絕對(duì)誤差和均方根誤差的絕對(duì)值都相對(duì)更大，且各項(xiàng)誤差的波動(dòng)也較大。平均絕對(duì)誤差和均方根誤差最大的站點(diǎn)均為C0101 站點(diǎn)，分別為0.054 ℃和0.077 ℃。本次海上比測(cè)試驗(yàn)的最大絕對(duì)誤差出現(xiàn)在C0201 站點(diǎn)的淺海剖面，為0.424 ℃。與B 站點(diǎn)相比，均方根誤差相對(duì)值更大。最大絕對(duì)誤差出現(xiàn)在C0101 站點(diǎn)，為0.38%，所有站點(diǎn)的誤差相對(duì)值都高于0.20%。

圖4 C 系列站點(diǎn)0～500 m 剖面圖

表5 C 站點(diǎn)淺海剖面誤差

3.3 深海剖面的比對(duì)

在整體剖面的誤差分析中，我們可以看到深海區(qū)域的溫度絕對(duì)誤差小于淺海區(qū)域，本節(jié)對(duì)兩款CTD 所獲取的深海剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)國產(chǎn)DW 1633 CTD 的深海測(cè)量能力進(jìn)行分析。

3.3.1 B 系列站點(diǎn)

由于超過1 400 m 的深度范圍海水溫度梯度很小，且C 系列站點(diǎn)部分測(cè)量深度為1 400 m，因此，用來對(duì)比CTD 深海測(cè)量能力的深度范圍選擇為500～1 400 m。對(duì)比圖5（a）和圖5（b），溫度的整體分布較為一致，等值線拐點(diǎn)基本一致。從圖5（c）可以看出，B 站點(diǎn)大部分剖面溫度誤差都在-0.01～0.01 ℃，誤差絕對(duì)值超過0.01 ℃的區(qū)域都在900 m深度以上，誤差絕對(duì)值隨深度的增加而變小，最大值出現(xiàn)在500～600 m 深度處，誤差超過0.03 ℃。結(jié)合圖5（c）和圖6（a）可以看出，大約在900 m 以上深度范圍，溫度差為負(fù)，且深度越淺溫度差的絕對(duì)值越大；900 m 以下深度范圍，溫度差為正，深度越深溫度差的絕對(duì)值越大。這表明，國產(chǎn)DW 1633 CTD 在900 m 深度以上的范圍測(cè)得的溫度要低于Sea-Bird 911 CTD，在900 m 深度以下的范圍測(cè)得的溫度要高于Sea-Bird 911 CTD，在500～1400 m 的深度范圍內(nèi)，大約900 m 深度處是DW 1633 CTD 與Sea-Bird 911 CTD 測(cè)量結(jié)果最為接近的深度，離900 m 深度越遠(yuǎn)，溫度差越大。

圖5 B 系列站點(diǎn)500～1 400 m 剖面圖

圖6 站點(diǎn)溫度差隨深度變化圖

由表6 可以看出，B0101～B0801 站點(diǎn)平均絕對(duì)誤差在0.003～0.006 ℃，均方根誤差在0.005～0.009 ℃，最大絕對(duì)誤差出現(xiàn)在B0801 站點(diǎn)，平均誤差和均方根誤差分布較為一致。將均方根誤差轉(zhuǎn)化為相對(duì)值依次為0.10%、0.12%、0.12%、0.07%、0.10%、0.09%、0.13%、0.16%、0.11%。最大均方根相對(duì)誤差依然出現(xiàn)在B0801 站點(diǎn)，但是沒有超過0.2%。同時(shí)平均絕對(duì)誤差和最大絕對(duì)誤差較為一致，所有剖面的平均誤差和最大絕對(duì)誤差均為負(fù)，且變化較小。對(duì)比整體剖面的結(jié)果，國產(chǎn)DW 1633 CTD 在測(cè)量深海剖面的溫度時(shí)表現(xiàn)更好。

表6 B 站點(diǎn)深海剖面誤差

3.3.2 C系列站點(diǎn)

由圖7（a）和圖7（b）看出，C0101～C0901 剖面溫度的整體分布較為一致，等值線拐點(diǎn)基本一致。圖7（c）中顯示，C 站點(diǎn)剖面的溫度誤差在-0.02～0.01 ℃，整體誤差小于B 站點(diǎn)剖面。與B 站點(diǎn)剖面類似，絕對(duì)誤差大于0.01 ℃的區(qū)域都在900 m 深度以上。但是C 站點(diǎn)相對(duì)B 站點(diǎn)，誤差為正的分布范圍很小，大部分剖面溫度誤差為-0.015～0 ℃；在1 000 m 深度以下的范圍，剖面溫度誤差大多在-0.005～0 ℃，溫度誤差的一致性相對(duì)更好。結(jié)合圖7（c）和圖6（b）可以看出，與B 站點(diǎn)類似，在約900 m 深度以上，溫度差為負(fù)，且深度越淺溫度差的絕對(duì)值越大；900 m 深度以下溫度差為正，溫度差的絕對(duì)值最小出現(xiàn)在900 m 深度處。與B 站點(diǎn)不同的是，在900 m 深度以下的范圍，C 站點(diǎn)的溫度差變化不大，均小于0.001 ℃。

圖7 C 系列站點(diǎn)500～1 400 m 剖面圖

對(duì)比B、C 站點(diǎn)的溫度差，可以發(fā)現(xiàn)900 m 深度是DW 1633 CTD 和Sea-Bird 911 CTD 測(cè)量溫度最接近的區(qū)域，在900 m 深度以上，DW 1633 CTD 測(cè)量的溫度小于Sea-Bird 911 CTD 測(cè)量的溫度；在900 m 深度以下，DW 1633 CTD 測(cè)量的溫度大于Sea-Bird 911 CTD 測(cè)量的溫度。雖然B、C 站點(diǎn)在900 m深度以下溫度差的變化有所不同，但是在此范圍內(nèi)兩款CTD 測(cè)量的溫度相比于900 m 深度以上兩款CTD 測(cè)量的溫度，溫差更小。

由表7 可以看出，C0101～C0901 站點(diǎn)的平均絕對(duì)誤差在0.002～0.005 ℃，均方根誤差在0.003～0.008 ℃，最大絕對(duì)誤差在0.011～0.033 ℃，平均誤差和最大絕對(duì)誤差分布都很一致，均為負(fù)。不同站點(diǎn)之間誤差的波動(dòng)很小。將均方根誤差轉(zhuǎn)化為相對(duì)值，均方根相對(duì)誤差最大為0.14%，對(duì)比C 站點(diǎn)整體剖面，相對(duì)誤差更小。

表7 C 站點(diǎn)深海剖面誤差

4 結(jié) 論

在本次比測(cè)試驗(yàn)過程中，國產(chǎn)DW 1633 CTD和美國Sea-Bird 911 CTD 沒有出現(xiàn)機(jī)械和性能故障，獲取了相應(yīng)的剖面數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完整真實(shí)有效。通過對(duì)兩款CTD 獲取的溫度數(shù)據(jù)的比對(duì)分析，得出結(jié)論：從整體剖面來看，國產(chǎn)DW 1633 CTD 和Sea-Bird 911 CTD 溫度平均絕對(duì)誤差為0.006 ℃，最大絕對(duì)誤差為0.424 ℃，平均均方根誤差為0.025 ℃。從淺海剖面來看，B 站點(diǎn)剖面的平均絕對(duì)誤差為0.033 ℃，最大絕對(duì)誤差為0.414 ℃，平均均方根誤差為0.044 ℃；C 站點(diǎn)剖面的平均絕對(duì)誤差為0.036 ℃，最大絕對(duì)誤差為0.424 ℃，平均均方根誤差為0.061 ℃。從深海剖面來看，B 站點(diǎn)剖面的溫度平均絕對(duì)誤差為0.004 ℃，最大絕對(duì)誤差為0.041 ℃，平均均方根誤差為0.007 ℃；C 站點(diǎn)剖面的平均絕對(duì)誤差為0.004 ℃，最大絕對(duì)誤差為0.033 ℃，均方根誤差為0.006 ℃。B、C 站點(diǎn)剖面溫度誤差最小的深度均是在水深約900 m 處，0～900 m 深度DW 1633 CTD 測(cè)量的溫度低于Sea-Bird 911 CTD 測(cè)量的溫度，900 m 以下深度DW 1633 CTD 測(cè)量的溫度高于Sea-Bird 911 CTD 測(cè)量的溫度。而通過整體剖面的分析可知，500 m 以上的剖面測(cè)量誤差大于500～1 400 m 范圍的剖面，因此，在本次比對(duì)中，900 m 深度處是兩款CTD 測(cè)量溫度最為接近的區(qū)域。通過本次海上比測(cè)試驗(yàn)可知，國產(chǎn)DW 1633 CTD 與Sea-Bird 911 CTD 相比，各項(xiàng)溫度誤差均比較小。但僅僅依靠一次海上比對(duì)試驗(yàn)并不能對(duì)CTD 性能進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，還需通過長期的測(cè)試和檢驗(yàn)才能對(duì)CTD 的性能進(jìn)行更加精確的評(píng)估。